RU187030U1

RU187030U1 - Device for increasing the adhesion of the driving wheels of a locomotive with rails

Info

Publication number: RU187030U1
Application number: RU2017138305U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Яковлевич Антипин; Владимир Иванович Воробьев; Максим Александрович Маслов; Олег Васильевич Измеров; Андрей Сергеевич Космодамианский; Дмитрий Григорьевич Надточей
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами.The utility model relates to rail vehicles, in particular to devices for increasing the adhesion of the driving wheels of a locomotive to rails.

Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее колесную пару, намагничивающую обмотку в виде катушки, выполненную из изолированного провода, подключенную к источнику питания с помощью проводов и установленную на оси колесной пары на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения, размещенные по торцам каркаса катушки с возможностью вращения оси колесной пары внутри него.A device for increasing the adhesion of the driving wheels of a locomotive to rails, comprising a pair of wheels, a magnetizing coil in the form of a coil, made of an insulated wire, connected to a power source using wires and mounted on the axis of the wheelset on a frame that is fixedly mounted on the cart of the electric locomotive and is located coaxially with the axis of the wheelset with a gap in which rolling bearings are installed, located at the ends of the coil frame with the possibility of rotation of the axis of the wheelset inside it.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами является то, что намагничивающая обмотка в виде катушки размещена между диском колеса колесной пары и большим зубчатым колесом тяговой передачи, каркас связан с корпусом редуктора, подшипники качения размещены с одного торца каркаса катушки и связаны со статором тягового электродвигателя, а малое зубчатое колесо тяговой передачи размещено между подшипниками ротора тягового электродвигателя.A distinctive feature of the proposed device to increase the adhesion of the driving wheels of the locomotive to the rails is that the magnetizing winding in the form of a coil is placed between the wheel pair of the wheelset and the large gear drive of the traction drive, the frame is connected to the gear housing, the rolling bearings are located at one end of the coil frame and are connected with a stator of the traction electric motor, and a small gear wheel of the traction transmission is placed between the bearings of the rotor of the traction electric motor.

Предложенное устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами позволяет повысить производительность локомотива путем увеличения коэффициент сцепления между колесами и рельсами вследствие увеличения магнитного потока, создаваемого катушкой, благодаря тому, что последняя расположена между диском большого зубчатого колеса и диском колеса колесной пары.

The proposed device for increasing the adhesion of the driving wheels of the locomotive to the rails allows to increase the locomotive’s productivity by increasing the adhesion coefficient between the wheels and the rails due to the increase in the magnetic flux generated by the coil, due to the fact that the latter is located between the disk of the large gear wheel and the wheel disk of the wheelset.

Description

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для повышения тягового усилия локомотива за счет увеличения сцепления ведущих колес с рельсами.The utility model relates to rail vehicles, in particular to devices for increasing the tractive effort of a locomotive by increasing the adhesion of driving wheels to rails.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее электромагнит, подключенный к источнику тока (Karel Kucera. Electromagnetic adhesion means for railroad locomotives. Патент США US 3307058 А от 20 января 1964 года).A device is known for increasing the adhesion of driving wheels of a locomotive to rails, containing an electromagnet connected to a current source (Karel Kucera. Electromagnetic adhesion means for railroad locomotives. US Patent US 3307058 A of January 20, 1964).

Недостатком известного устройства является слабая величина создаваемого магнитного потока, не позволяющая значительно увеличить сцепление колеса с рельсом, в связи с тем, что по требованиям вписывания устройства в габарит подвижного состава между электромагнитом и рельсом должен быть создан значительный воздушный зазор.A disadvantage of the known device is the low magnitude of the generated magnetic flux, which does not significantly increase the adhesion of the wheel to the rail, due to the fact that, according to the requirements of fitting the device into the rolling stock, a significant air gap must be created between the electromagnet and the rail.

Известен магнитный догружатель рельсового транспортного средства, содержащий смонтированные на боковой балке тележки вертикально расположенные гидроцилиндры, связанные с магнитом, траверсу, жестко связанную со штоками гидроцилиндров и шарнирно посредством тяг с магнитом, датчики усилий, связанные с приводом (см. В.В. Мишин, В.А. Зябрев, А.И. Лебедев, В.А. Салов и Э.М. Шляхов. Магнитный догружатель рельсового транспортного средства. Авторское свидетельство СССР № 1286453, Бюл. № 4 30.01.87.).A magnetic rail loader of a rail vehicle is known, comprising vertically mounted hydraulic cylinders mounted on a side beam of a trolley connected to a magnet, a beam, rigidly connected to the hydraulic cylinder rods and pivotally by means of rods with a magnet, force sensors associated with the drive (see V.V. Mishin, V.A. Zyabrev, A.I. Lebedev, V.A. Salov and E.M. Shlyakhov, Magnetic supercharger of a rail vehicle, USSR Copyright Certificate No. 1286453, Bull. No. 4 01.30.87.).

Недостатком указанного устройства является дополнительное сопротивление движению, создаваемое вследствие контакта электромагнита с рельсом, что делает невозможным применение этого устройства на локомотиве в режиме тяги.The disadvantage of this device is the additional resistance to movement created due to the contact of the electromagnet with the rail, which makes it impossible to use this device on a locomotive in traction mode.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее разрезное колесо с размещенными внутри электромагнитами (см. John Otto Heinze Jr. Magnetic wheel. Патент США US 709484 A, 24 февраля 1902 г.).A device is known for increasing the adhesion of driving wheels of a locomotive to rails, comprising a split wheel with electromagnets located inside (see John Otto Heinze Jr. Magnetic wheel. US Patent US 709484 A, February 24, 1902).

Недостатком устройства является его низкая надежность вследствие большой концентрации нагрузок в контакте разрезного колеса с рельсом.The disadvantage of this device is its low reliability due to the high concentration of loads in the contact of the split wheel with the rail.

Известно устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащее катушку электромагнита, охватывающую диск колеса локомотива по хорде и подключенную к источнику тока (см. Wehner David Е. Electromagnetic traction increaser. Патент США US 2198928 А, 02 декабря 1936 г.).A device is known for increasing the adhesion of driving wheels of a locomotive to rails, comprising an electromagnet coil covering a disk of a locomotive wheel along a chord and connected to a current source (see Wehner David E. Electromagnetic traction increaser. US Patent US 2198928 A, December 2, 1936).

Недостатком устройства является его недостаточная эффективность, не позволяющая существенно увеличить сцепление колеса с рельсом вследствие ограниченного пространства для размещения электромагнита и необходимости больших зазоров между неподвижным электромагнитом и вращающимся колесом, во избежание заклинивания колеса при попадании в зазор камешков балласта и случайно оказавшихся на пути костылей, болтов и гаек. Испытания тепловоза ТЭМ2УС с катушкой электромагнита, охватывающей диск колеса по хорде, показали увеличение сцепных свойств лишь на 4%. (см. Е.А. Ситников, И.Н. Родионов, В.П. Гриневич. Исследования по повышению тяговых свойств маневровых тепловозов путем применения электромагнитного увеличения сцепления и более оптимальных схем соединения тяговых электродвигателей. Отчет ВНИТИ № И-108-82, Коломна, 1982 г, лист 46).The disadvantage of this device is its lack of effectiveness, which does not significantly increase the adhesion of the wheel to the rail due to the limited space for placing the electromagnet and the need for large gaps between the stationary electromagnet and the rotating wheel, in order to avoid jamming of the wheel when ballast pebbles fall into the gap and crutches and bolts accidentally get in the way and nuts. Tests of the TEM2US diesel locomotive with an electromagnet coil spanning a wheel drive along a chord showed an increase in coupling properties by only 4%. (see E.A. Sitnikov, I.N. Rodionov, V.P. Grinevich. Studies on improving the traction properties of shunting diesel locomotives by applying electromagnetic clutch and more optimal connection schemes for traction electric motors. Report VNITI No. I-108-82, Kolomna, 1982, sheet 46).

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбрано устройство для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами, содержащее колесную пару, намагничивающую обмотку в виде катушки, обеспечивающую электромагнитное сцепление колес с рельсами, выполненную из изолированного провода, установленную на оси колесной пары и подключенную к источнику питания с помощью проводов, причем намагничивающая катушка установлена на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения, размещенные по торцам каркаса катушки с возможностью вращения оси колесной пары внутри него, при этом токопроводящие провода размещены внутри тележки электровоза (см. Б.П. Цалоев, Г.К. Пиранишвили. Устройство для увеличения сцепления колесной пары электровоза с рельсами. Патент РФ № 2055748, опубл. 10.03.1996).As a prototype of the proposed utility model, a device was selected for increasing the grip of a pair of wheels of an electric locomotive with rails, containing a pair of wheels magnetizing a coil winding, providing electromagnetic coupling of wheels with rails made of an insulated wire mounted on the axis of the wheelset and connected to a power source with using wires, and the magnetizing coil is mounted on the frame, which is fixedly mounted on the cart of the electric locomotive and is located coaxially with the axis of the wheelset with a gap in which rolling bearings are installed, located at the ends of the coil frame with the possibility of rotation of the wheel pair axis inside it, while the conductive wires are placed inside the electric locomotive trolley (see BP Tsaloev, GK Piraanishvili. Device for increasing wheel grip electric locomotive pairs with rails. Patent of the Russian Federation No. 2055748, publ. 03/10/1996).

Недостаток прототипа состоит в том, что при использовании его на тележке грузового электровоза с опорно-осевым приводом указанное устройство имеет низкую эффективность, поскольку остов тягового электродвигателя при опорно-осевом приводе расположен близко к оси колесной пары (см. Алексеев А.Е. Тяговые электрические машины и преобразователи. Л., «Энергия», 1977, С. 25, рис. 1-4), что не позволяет выполнить катушку с габаритами, обеспечивающими требуемую величину магнитного потока.The disadvantage of the prototype is that when it is used on a trolley of a freight electric locomotive with an axial drive, this device has low efficiency, since the skeleton of the traction motor with an axial drive is located close to the axis of the wheelset (see Alekseev A.E. Traction electric machines and converters. L., "Energy", 1977, S. 25, Fig. 1-4), which does not allow the coil with dimensions that provide the required magnitude of the magnetic flux.

Известно (см. Лужнов, Ю.М., Прунцев, А.П. Влияние постоянного магнитного поля на трение твердых тел. - Труды МИИТ, 1974, вып. 467), что коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл», помимо физических свойств пары трения, зависит от напряженности магнитного поля в пятне контакта и может быть повышен. Для более детального исследования влияния магнитного поля на коэффициент трения системы «металл-металл» были проведены испытания на специальных установках (см. В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. Орел, ОрелГТУ, 2007, С. 95-101). Результаты испытаний показали, что для исследуемых моделей контакта «сталь по стали» при создании сильных магнитных полей в зоне их контакта возможно повышение коэффициента трения (сцепления) более чем на 20%. В настоящее время данное явление объясняется прежде всего эффектом магнитопластичности, одной из главной причин которого считают увеличение подвижности дислокаций при воздействии внешнего электромагнитного поля под влиянием электронных спинов, локализованных на дефектах кристаллической решетки (см. Полетаев В.А., Потемкин Д.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали. Вестник Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ). - 2007 №3. - С. 8-11).It is known (see Luzhnov, Yu.M., Pruntsev, AP The influence of a constant magnetic field on the friction of solids. - Proceedings of MIIT, 1974, issue 467) that the coefficient of friction (adhesion) in the metal-metal contact In addition to the physical properties of the friction pair, it depends on the magnetic field strength in the contact spot and can be increased. For a more detailed study of the influence of the magnetic field on the coefficient of friction of the metal-metal system, tests were performed on special installations (see V.P. Tikhomirov, V.I. Vorobyev, D.V. Vorobyov, G.V. Bagrov, M . I. Borzenkov, IA Butrin. Modeling of wheel-rail grip. Orel, Orel State Technical University, 2007, pp. 95-101). The test results showed that for the investigated steel-to-steel contact models, when creating strong magnetic fields in the zone of their contact, it is possible to increase the friction coefficient (adhesion) by more than 20%. At present, this phenomenon is explained primarily by the magnetoplasticity effect, one of the main reasons for which is the increase in the mobility of dislocations when exposed to an external electromagnetic field under the influence of electron spins localized on defects in the crystal lattice (see Poletaev V.A., Potemkin D.A. analysis of the influence of the magnetic field on the mechanical properties of steel. Bulletin of the Ivanovo State Energy University (IGEU). - 2007 No. 3. - P. 8-11).

Известны опорно-осевые тяговые приводы электровозов, в которых ведущее зубчатое колесо расположено между подшипниками тягового электродвигателя (см. Электровоз магистральный 2ЭС5. Руководство по эксплуатации. Книга 7. Описание и работа. Механическая часть. 3ТС.001.018 РЭ7. Лист 20.).Known axial axial traction drives of electric locomotives, in which the drive gear is located between the bearings of the traction motor (see. Locomotive 2ES5. Operation manual. Book 7. Description and operation. Mechanical. 3TC.001.018 RE7. Sheet 20.).

Техническим результатом заявленной полезной модели является увеличение эффективности устройства и силы сцепления ведущих колес локомотива с рельсами в опорно-осевом приводе за счет увеличения габаритов намагничивающей обмотки.The technical result of the claimed utility model is to increase the efficiency of the device and the adhesion force of the driving wheels of the locomotive with the rails in the axial support drive by increasing the size of the magnetizing winding.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами, содержащем колесную пару, намагничивающую обмотку в виде катушки, выполненную из изолированного провода, подключенную к источнику питания с помощью проводов и установленную на оси колесной пары на каркасе, который неподвижно закреплен на тележке электровоза и расположен соосно с осью колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения, размещенные по торцам каркаса катушки с возможностью вращения оси колесной пары внутри него, намагничивающая обмотка в виде катушки размещена между диском колеса колесной пары и большим зубчатым колесом тяговой передачи, каркас связан с корпусом редуктора, подшипники качения размещены с одного торца каркаса катушки и связаны со статором тягового электродвигателя, а малое зубчатое колесо тяговой передачи размещено между подшипниками ротора тягового электродвигателя.The technical result is achieved by the fact that in the device for increasing the adhesion of the driving wheels of the locomotive with the rails containing a pair of wheels, a magnetizing coil in the form of a coil made of an insulated wire, connected to a power source using wires and mounted on the axis of the wheelset on a frame that is motionless mounted on the cart of the electric locomotive and located coaxially with the axis of the wheelset with a gap in which rolling bearings are installed, placed at the ends of the coil frame with the possibility of rotation of the axis of the count a pair inside it, a magnetizing winding in the form of a coil is placed between the wheel pair of the wheelset and the large gear drive of the traction drive, the frame is connected to the gear housing, the rolling bearings are located at one end of the coil frame and connected to the stator of the traction motor, and the small gear drive of the traction drive placed between the bearings of the rotor of the traction motor.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами.The essence of the claimed utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a General view of the device for increasing the adhesion of the driving wheels of the locomotive with the rails.

Предлагаемое устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами содержит колесную пару с колесами 1 и осью 2, на которой расположена намагничивающая обмотка в виде катушки 3, выполненной из изолированного провода и подключенной к источнику питания 4 с помощью проводов 5. Катушка 3 установлена на каркасе 6, который расположен соосно с осью колесной пары с зазором, в котором установлены подшипники качения 7, размещенные по торцам каркаса 6 катушки 3 с возможностью вращения оси колесной пары внутри него.The proposed device to increase the adhesion of the driving wheels of the locomotive with the rails contains a pair of wheels with wheels 1 and an axis 2, on which there is a magnetizing winding in the form of a coil 3 made of an insulated wire and connected to a power source 4 using wires 5. The coil 3 is mounted on the frame 6, which is located coaxially with the axis of the wheelset with a gap in which rolling bearings 7 are installed, located at the ends of the frame 6 of the coil 3 with the possibility of rotation of the axis of the wheelset inside it.

Намагничивающая обмотка в виде катушки 3 размещена между диском колеса 1 колесной пары и большим зубчатым колесом 8, каркас 6 связан с корпусом редуктора 9, подшипники качения 7 размещены с одного торца каркаса катушки 3 и связаны со статором тягового электродвигателя 10, а малое зубчатое колесо 11 размещено между подшипниками 12 ротора тягового электродвигателя 13.A magnetizing winding in the form of a coil 3 is placed between the disk of the wheel 1 of the pair of wheels and the large gear 8, the frame 6 is connected to the gear housing 9, the rolling bearings 7 are placed at one end of the frame of the coil 3 and connected to the stator of the traction motor 10, and the small gear 11 placed between the bearings 12 of the rotor of the traction motor 13.

Устройство для увеличения сцепления ведущих колес локомотива с рельсами работает следующим образом.A device for increasing the adhesion of the driving wheels of the locomotive with the rails works as follows.

При подаче на катушку 3 тока от источника питания через ось 2, оба колеса 1 колесной пары и рельсы (на фиг. 1 не показаны) проходит магнитный поток, дополнительно намагничивающий рельсы, что приводит к изменению физико-механических свойств контактирующих металлических тел (колес с рельсами) и изменяет коэффициент сцепления колес 1 с рельсами. При этом катушка 3 расположена между диском большого зубчатого колеса 8 и диском колеса 1 колесной пары, причем диск большого зубчатого колеса 8 расположен на максимально возможном расстоянии от диска колеса 1 колесной пары, поскольку малое зубчатое колесо 11 размещено между подшипниками 12 ротора тягового электродвигателя 13, за счет чего расстояние между диском большого зубчатого колеса 8 и диском колеса 1 колесной пары увеличено на ширину подшипника 12.When current is supplied to the coil 3 from the power source through the axis 2, both wheels 1 of the wheelset and rails (not shown in Fig. 1) pass a magnetic flux that additionally magnetizes the rails, which leads to a change in the physicomechanical properties of the contacting metal bodies (wheels with rails) and changes the coefficient of adhesion of the wheels 1 to the rails. In this case, the coil 3 is located between the disk of the large gear wheel 8 and the disk of the wheel 1 of the wheel pair, the disk of the large gear wheel 8 is located at the maximum possible distance from the disk of the wheel 1 of the wheel pair, since the small gear wheel 11 is located between the bearings 12 of the rotor of the traction motor 13, due to which the distance between the disk of the large gear wheel 8 and the disk of the wheel 1 of the wheelset is increased by the width of the bearing 12.

Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что размещение катушки расположена между диском большого зубчатого колеса и диском колеса колесной пары позволяет увеличить габариты катушки, создаваемый катушкой магнитный поток, увеличить коэффициент сцепления между колесами и рельсами, тем самым повысив производительность локомотива.The technical and economic effect of the claimed utility model lies in the fact that the placement of the coil located between the disk of the large gear wheel and the wheel disk of the pair of wheels allows to increase the dimensions of the coil, the magnetic flux generated by the coil, to increase the adhesion coefficient between wheels and rails, thereby increasing the locomotive's performance.

Claims

A device for increasing the adhesion of the driving wheels of a locomotive to rails, comprising a pair of wheels, a magnetizing coil in the form of a coil, made of an insulated wire, connected to a power source using wires and mounted on the axis of the wheelset on a frame that is fixedly mounted on the cart of the electric locomotive and is located coaxially with the axis of the wheelset with a gap in which rolling bearings are installed, located at the ends of the coil frame with the possibility of rotation of the axis of the wheelset inside it, characterized in that a magnetizing winding in the form of a coil is placed between the wheel disk of the pair of wheels and the large gear drive of the traction drive, the frame is connected to the gear housing, the rolling bearings are located at one end of the coil frame and connected to the stator of the traction motor, and the small gear wheel of the traction drive is placed between the bearings of the traction rotor electric motor.